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2022-09-01 C++并发编程（十七）

news 来源：原创 2024/5/19 18:03:34

C++并发编程（十七）

前言
一、操作std::atomic<Ptr*>类对象
总结

前言

std::atomic<Ptr*> 是原子指针类，除了和原子布尔类相同的成员函数，还有更多的计算相关函数，如果对前两篇文章完全掌握，此篇文章的内容不难掌握。

一、操作std::atomic<Ptr*>类对象

与原子布尔类一样，原子指针类可用普通的类型指针进行初始化：

    char charArr[] = "abcd";

    //初始化原子指针
    std::atomic<char *> atomicPtr(charArr);

判断是否无锁结构：

    //原子指针是否是无锁结构
    std::cout << atomicPtr.is_lock_free() << std::endl;

原子指针值的读取与写入：

    //读取原子指针值，可用读操作的内存次序
    auto charPtr = atomicPtr.load();

    char charArr2[] = "efgh";

    //写入原子指针，可用写操作的内存次序
    atomicPtr.store(charArr2);

原子指针值的交换更新：

    //更新原子指针，返回原值，读改写内存次序
    charPtr = atomicPtr.exchange(charArr);

原子指针值的 “比较交换更新”：

    char *charPtr2 = charArr2;

    char charArr3[] = "ijkl";

    //第一个参数必须是指针，不能是数组，因参数是引用，不会退化成指针
    //依然是两个内存操作次序，与期望指针值一致，则是读改写次序，否则是读次序
    while (!atomicPtr.compare_exchange_weak(charPtr2, charArr3))
    {
    }
    //同 weak 版本，第一个参数必须是指针
    //依然是两个内存操作次序
    atomicPtr.compare_exchange_strong(charPtr2, charArr);

原子指针增加了算数函数，

后移 fetch_add(ptrdiff_t __op, std::memory_order __m = memory_order_seq_cst)

前移fetch_sub(ptrdiff_t __op, std::memory_order __m = memory_order_seq_cst)

其语义是返回原值，指针前后移动若干，可按照 “读改写” 操作设置内存顺序。

    //返回指针原值，原子指针向后移动一个，读改写操作，可用任何内存次序
    charPtr = atomicPtr.fetch_add(1);

    //返回指针原值，原子指针向前移动一个，读改写操作，可用任何内存次序
    charPtr = atomicPtr.fetch_sub(1);

原子指针类还有自增 “++”，自减 “–” 操作，和普通指针运算操作无异，因原子指针类不支持拷贝赋值，只会返回普通指针，并且不可设置内存次序。

    //原子指针向后移动一个，并返回更新的值，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    charPtr = ++atomicPtr;

    //原子指针向前移动一个，并返回更新的值，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    charPtr = --atomicPtr;

    //返回指针原值，原子指针后移一个，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    charPtr = atomicPtr++;

    //返回指针原值，原子指针前移一个，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    charPtr = atomicPtr--;

    //原子指针像后移动一个，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    atomicPtr += 1;

    //原子指针向前移动一个，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    atomicPtr -= 1;

以下是全部示例代码，可一边 debug 一边熟悉其操作。

#include <atomic>
#include <iostream>

auto main() -> int
{
    char charArr[] = "abcd";

    //初始化原子指针
    std::atomic<char *> atomicPtr(charArr);

    //原子指针是否是无锁结构
    std::cout << atomicPtr.is_lock_free() << std::endl;

    //读取原子指针值，可用读操作的内存次序
    auto charPtr = atomicPtr.load();

    char charArr2[] = "efgh";

    //写入原子指针，可用写操作的内存次序
    atomicPtr.store(charArr2);

    //更新原子指针，返回原值，读改写内存次序
    charPtr = atomicPtr.exchange(charArr);

    char *charPtr2 = charArr2;

    char charArr3[] = "ijkl";

    //第一个参数必须是指针，不能是数组，因参数是引用，不会退化成指针
    //依然是两个内存操作次序
    while (!atomicPtr.compare_exchange_weak(charPtr2, charArr3))
    {
    }
    //同 weak 版本，第一个参数必须是指针
    //依然是两个内存操作次序
    atomicPtr.compare_exchange_strong(charPtr2, charArr);

    //返回指针原值，原子指针向后移动一个，读改写操作，可用任何内存次序
    charPtr = atomicPtr.fetch_add(1);

    //返回指针原值，原子指针向前移动一个，读改写操作，可用任何内存次序
    charPtr = atomicPtr.fetch_sub(1);

    //原子指针向后移动一个，并返回更新的值，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    charPtr = ++atomicPtr;

    //原子指针向前移动一个，并返回更新的值，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    charPtr = --atomicPtr;

    //返回指针原值，原子指针后移一个，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    charPtr = atomicPtr++;

    //返回指针原值，原子指针前移一个，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    charPtr = atomicPtr--;

    //原子指针像后移动一个，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    atomicPtr += 1;

    //原子指针向前移动一个，不可设定内存次序，服从std::memory_order_seq_cst
    atomicPtr -= 1;

    return 0;
}